Thread Rating:
  • 0 Vote(s) - 0 Average
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Nesto oko hladjenja...
#7
Uobičajeno za mene, biće dug tekst, ali pošto smatram da može biti od koristi i pospešiti napredak na našem forumu ipak ću ga napisati.

Nešto oko modifikacije deklarisane termičke otpornosti kućišta prema rashladnom telu...

U nekom davnom periodu mi je se ukazala potreba da testiram krajnje mogućnosti odvođenja toplote sa izolovanog kućišta na LM3886TF i za tu priliku sam koristio specijalno izrađen bakarni blok koji obuhvata skoro čitavu površinu kućišta od LM3886TF i služi kao prelazni (tranzijentni) hladnjak koji pospešuje odvođenje toplote i ujedno (što je kod audio primena možda i važnije) ubrzava odvođenje brzih prirasta toplotnog fluksa.
Ključni razlog tada je bio ispitivanje zbog nedovoljno jasnih i dvosmislenih podataka o razlikama termalne otpornosti između TA11B (neizolovanog) i TF11B (izolovanog) kućišta kod LM3886.
Iz nekog razloga tada nisam našao dokument čiji link će biti kasnije priložen, mada je postojao ali se nisu potrudili da ga istaknu na vidljivo mesto.

U mom ubeđenju o nedostatku korektnog podatka nastao je taj eksperiment.

Glavni zaključci su se odnosili na pragove aktiviranje SpiKe i ostalih termičkih zaštita, kao i povezanosti strujnog limita sa temperaturom kućišta. Na žalost tada nisam pisao podatke eksprimenta, već sam samo doneo zaključke o upotrebnoj vrednosti TF kućišta kod paralelovanja nekoliko LM3886.

Evo fotki tog eksprimentalnog tranzijentnog hladnjaka:






---------------------------
Bakarni polublokovi su kraći u zbirnoj dužini u smeru stezanja za oko 0.1mm od debljine samog kučišta TF11B i rasterećuju IC od termičkog naprezanja elastičnim podloškama ispod zavrnjeva kojih ima tri. Zavrtnji su izabrani sa prečnkom od 3mm i na toj dužini imaju značajnu elastičnost osim pomenutih podloški, takođe ih ima tri zbog ujednačenijeg pritiska na IC.
Uobičajena pravila stezanja su jasna i moment stezanja treba da bude jednak delklarisanom kao za uobičajeno stezno mesto.

Polublok koji pokriva prednju stranu kućišta ima urezan profil koji odgovara prednjem profilu kućišta i bočne zazore od kućišta po 0.1mm sa obe strane radi rasterećenja od termičkog naprezanja.
Na tom prednjem polubloku postoje i proširenja-rezervoarčići, koji rasterećuju od hidrauličnog pritiska kod "viška" termalne paste kojom se IC premazuje sa svih kontaktnih strana.
Pošto je zaliha paste koja iscuri po stezanju u te "rezervoarčiće" značajana, ona fino posluži za popunu bočnih međuprostora jer oni imaju komplikovaniju geometriju (zakošene ivice koje formiraju veće međuprostore), a ipak i od njih izvučemo neku korist pri hlađenju.

Prednji polublok je jedini ukopan i tim smanjen efektivni presek bakra polubloka, ali to je sa razlogom jer na prednjoj strani čipa nema toliko snažnog toplotnog fluksa kao na zadnjoj strani IC. Taj efektivni presek je dobijen empirijski tako što je za oba polubloka korišćena ista debljina materijala (10mm), tako da je efektivni presek prednje strane jednak ostatku posle ukopavanja profila samog IC.
Zbog očekivanja najvećeg toplotnog fliuksa sa zadnje strane IC, koja je uobičajena za kontakt sa rashladnim telom, ostavio sam punu debljinu bakarne šine, tj 10mm čim je efektivni presek neumanjen..

Tranzijentni hladnjak može ostvariti veoma nisku i skoro zanemarljivu termalnu otpornost prema master hladnjaku, jer ima čak 6 slobodnih površina za kontakt sa master hladnjakom, međutim, brušenjem sam predisponirao dve korisne i meni odgovarajuće površine i to:
 
- stranu bloka koja je u ravni sa gornjom stranom TF kućišta i ona ima aktivnu površinu od  preko 1600 mm kvadratnih, gde mogu računati i na sitne dobitke od gornjih površina IC kroz termalnu pastu prema master hldnjaku,

- i  alternativnu stranu bloka gde izlaze nožice iz TF kućišta, sa više od 1000mm kvadratih.

Površine su fino obrušene radi dobrog kontakta, normalno kroz termalnu silkonsku pastu.
Alternativna površina sa strane nogu je predviđena tek u slučaju moje nužne potrebe za takvom merom, i može se upotrebiti na hladnjaku kroz koji bi bio prorezan pravougaoni otvor za nožice IC (40 x 20 mm).

Četiri preostale površine raspolažu sa neupotrebljenih a mogućih za upotrebu još oko 3820mm kvadratnih.
Materijal je elektrotehnički bakar, od šine 50 x 10mm, namenjene za kiloamperske industrijske razvode.

Ono što je vrlo važno a zaboravio sam pomenuti je da sam odlučio spojiti dva pojedinačna bloka sa po jednim IC u jednu formu (što se vidi iz priloženih fotografija), i ključni razlog tome je ispitivanje mogućnosti ujednačavanja pragova trigerovanja raznih internih zaštita IC, a pomoću metode termičkog uparivanja IC.

Bliski pragovi delovanja zaštita su od ključne važnosti kod paralelovanja više takvih IC iz razloga upotrebe njihovih maksimalnih operativnih mogućnosti. U slučaju prevelikog rasturanja tih karakteristika paralelovanje gubi puniu svrsishodnost jer maksimalne mogućnosti određuje najtopliji čip u strukturi iz razloga što će njegova zaštita najranije delovati.

Dodatno se problem usložnjava kada pojedinačni IC ima lokalnu NFB. No ne bih da dužim sa tom pričom.
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 Tranzijentni blok je ipak samo forma koja služi tome da efikasnije i brže transportuje toplotni fluks na master hladnjak koji konačno otpusta toplotu ka okolini.
Konačna rashladna sposobnost čitave figure zavisi dominantno od Rth master hladnjaka prema okolnom prostoru, a Rth kućišta TF11B kroz tranzijentni blok prema hladnjaku je bio na proveri posrednom metodom, odnosno merenjem temperature kućišta na najpovoljnijem mestu za to, bez otećenja kućišta, a to je postojeći kanal na prednjoj strani rashladnog krila gde je plastični zid najtanji i taj kanal je veoma blizak unutrašnjem bakarnom krilu koje se prostire najvećim delom zadnje površine IC.
U taj kanal je smešten termopar J tipa sa mernim uređajem koji ima kompenzaciju hladnog kraja i kalibrisan je sa tolerancijom od 0.5*C (što je meni bilo sasvim dovoljno).
Da bih dobio što bolje merne rezultate, valjalo je veoma značajno povećati Rth između termopara i tranzijentnog hladnjaka, a minimizovati Rth između termopara i samog dna kanala.
To sam postigao puneći deo kanala termalnom Si pastom i prekrivanjem spoljašnosti kanala i samog termopara komadićem silikonske gume koja je odsečena na meru kanala. Termopar je bio izvučen kroz predviđen otvor, i u tom regionu je od tranzijentnog hladnjaka termički bio izolovan bužirom.

Prošlo je skoro čitavu deceniju od eksperimenta i ne sećam se svih podataka već iznosim one kojih se sigurno sećam i one koje trenutno mogu izmeriti pošto još uvek posedujem par tih neupotrebljenih blokova koji su identično izrađeni.

Oko samog eksperimenta nikom nisam dugovao naučni postupak i pisanje rezultata, pa to nisam ni uradio.
U tadašnjem eksperimentu sam koristio vodeni hladnjak radi nepromenljive Tamb i to je bio masivni vodeni hladnjak nekog power tiristora, i kroz njega je cirkulisala voda sa temperaturom od 18*C.
Postupak je zadovoljio moje lične potrebe.

Bio je relativno složen i imao je dosta različitih faza, i ako bih se sada bavio podrobnim opisom sveg tog i to po sećanju, potrajalo bi previše, a već sam napravio čitav roman od ovoga i ne znam šta bih to skratio a da suština ne ostane nedorečena ili oštećena.

Opšti zaključci testa su bili sledeći:

- da se korišćenjem slobodnih i nepredviđenih površina za hlađenje može značajno smanjiti Rth kućiša prema rashladnom telu,

-da se smanjenjem Rth ispod delkarisanog nivoa, nivoi internih zaštita pomeraju ka višim nivoima,

-da se ovom i metodama koje nalikuju ovoj mogu odlično upariti granice trigerovanja internih termičkih zaštita,

-da su uža rasturanja karakteristika poput: ofseta, pojačanja i slew rate,

-da se privremeno može dozvoliti čak dvostruka discipacija IC, ali za trajnu upotrebu to nije za preporuku jer dugotrajna visoka temperatura definitivno degradira osobine svih poluprovodnika.
Za trajnu upotrebu se treba držati temeprature čipa (koliko je to tada bilo moguće proceniti) ispod 90*C ako se ima namera da naprava potraje optimalan radni vek, a to veoma zavisi od konkretnog izvođenja hlađenja.
Međutim, proširena sposobnost instant struja i discipacija je bio benefit od velike vrednosti, jer je bilo moguće napraviti pojačavač manje snage sa nekim osobinama koje imaju pojačavači veće snage, ukoliko se obezbedi niska tranzijentna Rth (čiaj kao brzo odvođenje toplote ka master hladnjaku).

-sasvim moguće i uspešno paralelovanje više IC sa optimalnim vekom trajanja.

----------------------------------------------------------------------------------------------------
Dakle, moj prvi paket IC LM3886 je tada položio primarni test i deo tog paketa je završio kao amp u bridge konfiguraciji, sa 6 komada LM3886TF, odličnim kvalitetom rada i pouzdanih 225W na 8R. I bio je ugrađen kao implement umesto oba izlaza za jedan ogromni Sansui amp kome su pregoreli izlazi sa gomilom vrlo skupih tranzistora.

Pojačavač je potpuno moje rešenje, ni malo nalik BPA verzijama, sa dva IC kao master i VAS za ostala četiri koji su imali jedinično pojačanje uzevši u obzir njihove početne i završne staze signala (ima na forumu jedan od takvih načina koji sam postavio).
 Valsnik je i dan danas veoma zadovoljan svojim novim oblikom "Sansui" ampa, a čini mi se po sećanju da je bio u pitanju model SU-V nešto pa X.
 U svakom slučaju skoro teži od mene :-)

Priči nikad kraja...
 
Možda će nekom biti zanimljiva i izvuče iz priče koju korisnu stvar, možda nekom ne, no nedavno se pojavila potreba na podsećanje na sve ovo i neko ozbiljnije potvrđivanje istinitosti ovih davnih testova.

Trebalo je potvrditi količinu smanjenja Rth kućišta prema hladnjaku korišćenjem ove moje test metode iz prošlosti.


Nekada je razlog bio provera granica izdržljivoti tog IC u tom izolovanom kućištu.

Takvo kućište je, dok je firma National postojala  nosilo ime TF11B i National je dao sledeće karakteristike tog kućišta u  tekstu u Texas-ovom novijem dokumentu koji može biti od značaja korisnicima LM3886TF.

To je ono što tada, kad mi je bilo potrebno, nisam uspeo naći.


http://newscenter.ti.com/index.php?s=32851&item=125812

Pošto se pojavila nova potreba za razmatranjem sniženja Rth ovom metodom, obratio sam se vrhunskom termodinamičaru kog dobro poznajem, doktoru termodinamike Dr Dobrivoju Ninkoviću, koji inače obitava na našem forumu i znamo ga pod nadimkom Braca.

On je nesebično napravio studioznu analizu pojedinačnih Rth raznih površina koje nisu predviđene za kontakt sa rashladnim telom, na kućištu TF11B u kome je inače nama dobro poznat LM3886TF.

Napravio je veoma koristan dokument i rešio sa nama da ga podeli.

Postaviću dokument u ovoj temi jer smatram da se puno toga iz njega može korisnog naučiti, kao i upotrebiti izračunate vrednosti u cilju smanjenja Rth TF11B kućišta prema hladnjaku, sa delimičnim ili potpunim korišćenjem nepredviđenih površina za tu namenu, a u cilju dobitaka navedenih u gornjem tekstu.
Smatram ovaj dokument vrlo verodostojnim pošto se veoma blisko poklapa sa praktičnim rezultatima iz mog davnog eksperimenta (za koji je lako moguće da ćemo ga ponoviti u današnjem preciznijem okruženju i naučnim metodama).


Evo tog korisnog dokumenta:


.pdf   LM3886 Cooling Notes.pdf (Size: 232,61 KB / Downloads: 40)

Pozz
Reply


Messages In This Thread
Nesto oko hladjenja... - by Macola - 04-11-2013, 10:42 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Macola - 04-08-2015, 04:00 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Macola - 04-08-2015, 09:02 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Macola - 04-08-2015, 11:19 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-04-2016, 10:20 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-05-2016, 10:33 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Vlajko - 05-06-2016, 01:22 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Vlajko - 05-06-2016, 01:54 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-06-2016, 11:07 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 05-06-2016, 11:29 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 05-06-2016, 12:15 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-06-2016, 12:19 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-31-2016, 01:45 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 05-06-2016, 12:48 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 05-31-2016, 04:47 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 05-31-2016, 07:56 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-31-2016, 08:31 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 05-31-2016, 08:37 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 05-31-2016, 08:35 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 05-31-2016, 09:00 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 05-31-2016, 09:17 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 06-01-2016, 05:23 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-01-2016, 05:42 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-01-2016, 07:39 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-01-2016, 08:10 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 06-03-2016, 08:47 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by emiSAr - 06-03-2016, 10:00 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 08:24 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 08:54 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 09:12 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 09:22 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 09:23 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 09:30 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 09:33 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 09:42 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 09:44 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 09:48 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 10:43 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 11:37 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-04-2016, 11:57 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-04-2016, 11:41 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 09:44 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 05:05 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-05-2016, 05:23 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 05:36 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 05:38 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-05-2016, 06:06 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 06:08 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by mikikg - 06-05-2016, 07:53 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-05-2016, 08:17 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Khadgar2007 - 06-05-2016, 08:29 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 06-06-2016, 08:11 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Želja - 06-06-2016, 08:35 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Dragan83 - 06-06-2016, 10:12 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 10:55 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 10:57 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:00 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:02 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:04 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:06 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:13 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:16 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:23 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-08-2016, 11:28 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Macola - 06-09-2016, 11:56 AM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Millan - 06-09-2016, 12:44 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by Braca - 06-09-2016, 03:09 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by TDA - 06-09-2016, 02:16 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-09-2016, 08:11 PM
RE: Nesto oko hladjenja... - by bogdan.kecman - 06-09-2016, 08:27 PM
Nesto oko hladjenja... - by HomeMadeAudioProject - 05-07-2013, 06:36 PM
Nesto oko hladjenja... - by Macola - 05-07-2013, 06:46 PM
Nesto oko hladjenja... - by HomeMadeAudioProject - 05-07-2013, 06:47 PM
Nesto oko hladjenja... - by HomeMadeAudioProject - 01-13-2014, 06:01 PM
Nesto oko hladjenja... - by Macola - 01-13-2014, 08:49 PM

Forum Jump:


Users browsing this thread: 1 Guest(s)